TW202225427A - 具有至少一個加熱組件的材料沉積設備及用於對基板進行預加熱及/或後期加熱的方法 - Google Patents

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Abstract

描述了用於材料沉積設備的一或多個加熱組件，用於在進入材料沉積區域之前對基板進行預加熱及/或用於在離開此材料沉積區域之後對此基板進行後期加熱。

Description

具有至少一個加熱組件的材料沉積設備及用於對基板進行預加熱及/或後期加熱的方法
本揭示案的實施例係關於藉由真空腔室中的熱蒸發進行的基板塗覆。本揭示案的實施例進一步係關於蒸發材料在基板上的材料沉積，尤其用於電池的製造。本揭示案的實施例係關於用於材料沉積設備的一或多個加熱組件，用於在進入材料沉積區域之前對基板進行預加熱及/或用於在離開材料沉積區域之後對基板進行後期加熱。
已知用於在基板上進行沉積的各種技術，例如化學氣相沉積(chemical vapor deposition, CVD)及物理氣相沉積(physical vapor deposition, PVD)。對於高沉積速率的沉積，熱蒸發可用作PVD製程。對於熱蒸發，加熱源材料以產生可沉積在例如基板上的蒸汽。增加加熱源材料的溫度會增加蒸汽濃度且可促進高沉積速率。達成高沉積速率的溫度取決於源材料的物理特性（例如隨溫度變化的蒸汽壓）及基板物理極限（例如熔點）。
藉由蒸發之金屬（例如鋰）在可撓性基板上（例如在銅基板上）的沉積可用於製造電池，諸如鋰電池。例如，鋰層可沉積在薄的可撓性基板上，以產生電池的陽極。在組裝視情況在其間具有電解質及/或隔板的陽極層堆疊及陰極層堆疊之後，所製造的層配置可經捲起或以其他方式堆疊以產生鋰電池。
待沉積材料經加熱至高溫且將高熱負載提供至待塗覆基板。突然或忽然的溫度變化可能會對基板產生負面影響。因此，有益的是提供改進的材料沉積設備以至少部分地克服此項技術中的問題。
根據一個實施例，提供了一種用於將蒸發材料沉積至基板上的材料沉積設備。材料沉積設備包括用於沿基板輸送方向輸送基板的基板輸送裝置。材料沉積設備包括沿基板輸送方向安置以將蒸發材料提供至基板的蒸發源組件，此蒸發源組件具有用於將材料沉積至基板上的沉積區域。材料沉積設備包括沿基板輸送方向安置的至少一第一加熱組件。第一加熱組件經配置為提供用於加熱基板的第一加熱區域，其中此第一加熱區域直接鄰近蒸發源組件的沉積區域。
根據一個實施例，提供了一種用於將材料沉積至基板上的方法。此方法包括在基板輸送裝置上沿基板輸送方向輸送基板，其中此基板具有第一溫度。此方法亦包括至少一第一加熱組件在第一加熱區域將基板加熱至第二溫度，此第一加熱區域直接鄰近蒸發源組件的沉積區域。此方法進一步包括在蒸發源組件的沉積區域將材料沉積至基板上。
實施例亦係關於用於進行所揭示方法的設備且包括用於進行每個所述方法態樣的設備零件。這些方法態樣可藉助於硬體部件、由適當軟體程式化的電腦，藉由兩者的任何組合，或以任何其他方式來進行。此外，根據本揭示案的實施例亦係關於用於操作所述設備的方法。本揭示案包括用於進行設備之每個功能的方法態樣。
現將詳細參考本揭示案的各個實施例，諸圖中示出此些實施例的一或多個實例。在以下對圖式的描述中，相同的元件符號代表相同的部件。一般而言，僅描述關於個別實施例的差異。每個實例均作為對本揭示案的解釋而提供，且不意味著對本揭示案的限制。此外，作為一個實施例的部分示出或描述的特徵可用於其他實施例或與其他實施例結合使用以產生又一實施例。此描述旨在包括此類修改及變化。
本文提供的實施例係關於藉由蒸發進行的薄膜塗覆，尤其係關於真空腔室中的薄膜塗覆。通常，待塗覆材料經加熱至待蒸發的材料特定溫度。一般而言，可在較高溫度下提供較高蒸發速率。特定塗覆速率的各別溫度取決於例如材料蒸汽壓等。對於高沉積速率製程，材料的冷凝熱負載可能主導基板上的熱負載。
在蒸發系統中，蒸發材料將冷凝在溫度低於蒸發材料之系統部件的表面上。對於基板的熱塗覆，基板包括較低的溫度，使得蒸發材料可沉積或塗覆至基板上以在基板上形成薄層。然而，當基板的溫度與待塗覆材料的溫度之間的差異大時，所得薄層或薄膜可能被損壞，例如撕裂，或可能在其表面上產生皺褶。
因此，有益的是提供對基板進行加熱的系統、設備及方法，尤其在進入蒸發源組件的沉積區域之前對基板進行加熱，亦即對基板進行預加熱，及/或在離開蒸發源組件的沉積區域之後對基板進行加熱，亦即對基板進行後期加熱。根據一些實施例，預加熱或後期加熱各自在材料沉積之前或之後提供平滑的溫度斜坡。
本文所述的系統、設備及方法在材料沉積在基板上之前及之後將熱量提供至基板。因此，藉由對待塗覆基板進行預加熱及/或後期加熱，可向基板提供更好的溫度或熱量分配。換言之，可調整或控制基板的溫度。這樣做允許基板在沒有發生材料沉積的區域與在其上沉積材料的區域（亦即空間上沉積區域之前與空間上沉積區域之後）之間接受平滑或無縫的溫度轉變。這允許影響基板之溫度分佈的形狀。因此，在材料沉積至基板上之前，基板的溫度可平滑、均勻、緩慢或逐漸升高。
第1圖例示性地示出根據本文所述之實施例的材料沉積設備，此些實施例可與本文所述的任何其他實施例組合。材料沉積設備100可包括真空腔室105。可在真空腔室中提供真空。例如，材料沉積設備可包括用於在真空腔室中提供真空的真空泵。
如本文所用，術語「真空」在技術真空的意義上可理解為具有小於例如10毫巴之真空壓力。通常，如本文所述的真空腔室中的壓力可在10 -4毫巴與約10 -8毫巴之間，更通常在10 -4毫巴與10 -7毫巴之間，且甚至更通常在約10 -5毫巴與約10 -6毫巴之間。在一些實施例中，一或多個真空腔室中的總壓力可在約10 -4毫巴與約10 -7毫巴的範圍內。因此，真空腔室可為「真空沉積腔室」，亦即經配置用於真空沉積的真空腔室。
根據可與本文所述的任何其他實施例組合的實施例，材料沉積設備可包括蒸發源組件。
貫穿本揭示案使用的術語「蒸發源組件」可理解為包括一或多個蒸發源的組件、單元或設備。因此，本文關於蒸發源組件所討論的特徵亦可相應地適用於單個蒸發源。例如，蒸發源組件中可僅包括一個蒸發源。在這種情況下，蒸發源組件可被稱為蒸發源。根據可與本文所述的其他實施例組合的一些實施例，可在蒸發源組件中提供兩個或更多個蒸發源。
蒸發源組件經配置為向基板122提供蒸發材料。蒸發源組件可設置在真空腔室105中或可至少部分地設置在真空腔室105中。蒸發源組件可沿基板輸送方向(D)安置以將材料提供至基板。
然而，如將關於第2A圖更詳細地討論的，蒸發源組件亦可包括兩個或更多個蒸發源。例如，蒸發源組件可包括具有用於將材料沉積至基板上之第一沉積區域的第一蒸發源及具有用於將材料沉積至基板上之第二沉積區域的第二蒸發源。兩個或更多個蒸發源中的每一者可為如第1圖中例示性示出的蒸發源110。根據可與本文所述的任何其他實施例組合的實施例，材料沉積設備可包括基板輸送裝置120。基板輸送裝置可經配置為輸送基板122。基板122可佈置在基板輸送裝置120周圍。基板輸送裝置120可為如第1圖中例示性示出的塗覆鼓輪。塗覆鼓輪可包括彎曲鼓輪表面，且基板輸送裝置可經配置為在圓周方向或基板輸送方向D上移動彎曲鼓輪表面上的基板122通過蒸發源110。
例如，基板可為可撓性卷材或箔，且材料沉積設備可為輥對輥（roll-to-roll）沉積設備。塗覆鼓輪可為在垂直於第1圖之紙平面的長度方向上延伸的圓柱體。基板輸送裝置可為可移動的，亦即塗覆鼓輪可繞軸A旋轉。基板輸送裝置可順時針或逆時針移動或旋轉。基板輸送裝置在沉積期間可改變方向，例如當基板輸送裝置在沉積期間順時針旋轉時，旋轉方向可改變為逆時針，且反之亦然。
根據可與本文所述的其他實施例組合的一些實施例，塗覆鼓輪可為氣墊塗覆鼓輪。氣墊塗覆鼓輪在鼓輪表面與基板之間提供冷卻氣體。例如，鼓輪及冷卻氣體可經冷卻至低於室溫的溫度。熱量可自基板移除以允許更高的沉積速率而不損壞材料沉積在其上的薄箔或卷材。
對於氣墊輥，可在處理鼓輪的卷材導引區域中設置氣體出口第一子群，亦即敞開式氣體出口。在卷材導引區域之外設置氣體出口第二子群，亦即封閉式氣體出口。由於氣體僅在需要形成懸浮墊的卷材導引區域中排放，沒有或很少氣體直接排放至與卷材不重疊的區域中，可減少氣體浪費及/或可在泵系統上以較小應變保持較好的真空度。
根據可與本文所述的其他實施例組合的一些實施例，除了氣體出口的子群之外或替代地，處理鼓輪的外表面可塗覆有微孔表面。微孔表面可允許少量冷卻氣體自處理鼓輪內部流至處理鼓輪表面。冷卻氣體可在處理鼓輪與在處理鼓輪上經導引以用於其上之材料沉積的卷材或箔之間形成氣墊。
根據可與本文所述的任何其他實施例組合的實施例，基板可為薄基板，例如箔或卷材。待塗覆基板可具有50 μm或更小，特定言之20 μm或更小，或甚至10 μm或更小的厚度。例如，可在氣相沉積設備中塗覆金屬箔或可撓性金屬塗覆箔。在一些實施方案中，基板10為具有小於30 μm（例如10 μm或更小）之厚度的薄銅箔或薄鋁箔。
基板的厚度導致基板將面臨突然的溫度變化，亦即基板將迅速升溫，由此基板膨脹，且亦迅速冷卻，由此基板收縮。這些突然的溫度變化會導致張力、應力及拉伸，從而導致基板損壞及/或起皺。將關於第2B圖討論由本文描述的實施例提供的溫度分佈或分配及其對基板的影響。
根據可與本文所述的任何其他實施例組合的實施例，材料沉積設備可包括用於提供未處理基板的基板供應或退繞輥（第1圖中未示出）。基板供應或退繞輥可移動，亦即旋轉，使得基板可自基板供應或退繞輥展開。此外，材料沉積設備可包括基板接收輥，用於在材料沉積至基板上之後捲取經處理基板。基板接收輥可移動，亦即基板接收輥可旋轉以捲取經處理基板。基板接收輥及基板供應或退繞輥可沿相同方向旋轉，亦即兩個輥可順時針旋轉或基板供應或退繞輥可沿相反方向旋轉，亦即一個輥可順時針旋轉而另一個輥可逆時針旋轉，或反之亦然。
應當理解，儘管第1圖中未示出，但基板輸送裝置亦可為輥對輥輸送裝置。輥對輥輸送裝置可包括可自其提供未處理基板的退繞或基板供應輥。輥對輥輸送裝置可進一步包括用於捲起經處理基板的接收輥。與蒸發源組件相比，退繞或基板提供輥及接收輥可各自設置在不同的真空腔室中，或者可設置在與蒸發源組件相同的真空腔室中。在退繞輥與接收輥之間，基板可設置在蒸發源組件附近，用於將材料沉積至基板上。例如，基板可「跨越」在退繞輥與接收輥之間，且可在蒸發源組件上方經導引以接收蒸發材料。例如，可向基板提供限定及/或受控的力。可提供基板張力器。
根據可與本文所述的任何其他實施例組合的實施例，蒸發源或蒸發源組件可具有第一端及與第一端相對的第二端。第一端與第二端可限定介於二者之間的空間。貫穿本揭示案使用的術語「與第一端相對的第二端」可理解為蒸發源或蒸發源組件的兩側彼此相對佈置。例如，蒸發源可包括第一壁及第二壁，此些壁可例如實質上沿相同方向延伸，尤其對於一個蒸發源且彼此相對佈置。第一端及第二端可理解為蒸發源或蒸發源組件的側壁限制。特定言之，第一端及第二端可限定其間的表面119，亦即可實質上垂直於蒸發源之第一壁及第二壁的表面。蒸發源的表面可與基板輸送裝置對齊，亦即蒸發源的表面119可經定向以使得可增強待沉積材料的供應。蒸發源組件中不同蒸發源的表面可相對於彼此傾斜（類似於第一端及第二端），其中傾斜度對應於塗覆鼓輪的曲率。
根據可與本文所述的任何其他實施例組合的實施例，蒸發源組件可提供待沉積至基板的材料。蒸發源組件可包括一或多個坩堝，其中可藉由向材料提供適合於蒸發材料的溫度來蒸發待沉積材料。例如，待沉積材料可包括例如金屬（特定言之鋰）、金屬合金及在給定條件下具有氣相的其他可蒸發材料或其類似者。根據又一實施例，附加地或替代地，材料可包括鎂(Mg)、鐿(Yb)及氟化鋰(LiF)。
此外，蒸發源組件的蒸發源可包括分配器。分配器可分配蒸發材料。材料可提供在分配器中，例如，藉由經由入口開孔連接至分配器的坩堝提供。分配器可具有一或多個開孔。待沉積蒸發材料可經由開孔離開分配器。可藉由延伸穿過開孔的複數個噴嘴將源材料沉積至基板122上。換言之，蒸發源可包括一或多個噴嘴，用於將蒸發材料提供至基板。待沉積材料可例如由複數個噴嘴噴射至基板。
根據可與本文所述的任何其他實施例組合的實施例，第1圖的材料沉積設備至少包括第一加熱組件150。第一加熱組件可沿基板輸送方向安置。
貫穿本揭示案使用的術語「加熱組件」可理解為可包括一或多個加熱元件的組件、單元或設備。例如，加熱組件可包括至少一個加熱元件或可包括兩個或甚至更多個加熱元件。
貫穿本揭示案使用的「加熱元件」可為石墨加熱器。石墨加熱器係有利的，此係因為其提供例如500℃至1800℃或甚至更高範圍內之溫度的高操作溫度，及例如0.8至0.9或更高範圍內的高發射率，此高發射率允許達成基板上的高功率密度。加熱元件亦可包括輻射罩，以將功率集中至去往基板的方向。
加熱組件可具有第一端及與第一端相對的第二端。第一端與第二端可限定介於二者之間的空間。貫穿本揭示案使用的術語「與第一端相對的第二端」可理解為加熱組件的兩側彼此相鄰佈置。例如，加熱組件可包括彼此相對的第一壁及第二壁。第一端及第二端可理解為加熱組件的側壁限制。
如第1圖中所示的第一加熱組件150包括兩個加熱元件，亦即第一加熱元件152及第二加熱元件154。加熱元件可彼此相鄰佈置，例如依次在加熱組件內。第一加熱組件經配置為向基板提供第一加熱區域。
貫穿本揭示案使用的術語「加熱區域」可理解為用於基板的區域，其中基板暴露於高於基板溫度的溫度，亦即基板經加熱的區域。加熱區域可限定在基板輸送方向上的兩點之間，例如基板加熱開始的起點與基板加熱結束的終點之間。可提供加熱區域以增加基板的溫度。
在加熱區域的起點與終點之間，加熱區域可包括具有一或多個溫度的一或多個加熱區。例如，加熱區可劃分或分割為不同的加熱區，其中每個加熱區可具有不同的溫度。一或多個加熱區中的每一者可由加熱組件中包括的個別加熱元件提供，使得例如第一加熱元件提供第一加熱區A且第二加熱元件提供第二加熱區B。因此，術語「加熱區域」亦可理解為由加熱組件中包括的一或多個加熱元件提供之一或多個個別加熱區中之每一者的總和。
加熱區域可僅由單個加熱區形成或可由兩個或更多個加熱區形成。在只有一個加熱區的情況下，加熱區域可對應於一個加熱區。在超過一個加熱區的情況下，每個加熱區可具有不同的溫度。或者，所提供的每個加熱區亦可具有相同的溫度。加熱區可一個接一個地提供，亦即相鄰或順序地提供，以限定或跨越整個加熱區域，亦即在加熱區域的起點與加熱區域的終點之間。兩個或更多個加熱區亦可（部分）重疊。一或多個加熱區中的每一者可被視為加熱區域的較小部分或區域。
如第1圖所示，例如，基板可沿基板輸送方向D（例如第1圖中沿基板輸送方向D自右至左）經輸送通過第一加熱區域的第一加熱區A，隨後經輸送通過第一加熱區域的第二加熱區B。換言之，基板將在空間上在第二加熱區B之前遇到第一加熱區A。第一與第二加熱區之間的過渡可為無縫的，例如當加熱區（部分）重疊時。
在提供另一加熱區的情況下，基板可進一步經輸送通過第二加熱區之後之由第一加熱區域的第三加熱元件（第1圖中未示出）提供的第三加熱區。使基板能夠依次（例如一個接一個地）通過一或多個加熱區允許藉由將基板暴露於不同的溫度來逐漸增加基板的溫度。例如，第一加熱區的第一溫度可低於第二加熱區的第二溫度。
在第1圖的實例中，第一加熱組件150經配置為提供用於加熱基板122的第一加熱區域。第一加熱區域可直接鄰近蒸發源組件的沉積區域。在第1圖的實例中，第一加熱組件位於蒸發源組件的右側。第1圖之實例中的第一加熱組件包括經配置為提供具有第一溫度之第一加熱區A的第一加熱元件152及經配置為提供具有第二溫度之第二加熱區B的第二加熱元件154。第一加熱區沿基板輸送方向(D)在空間上設置在第二加熱區之前，使得基板將經輸送通過第一加熱區，隨後通過第二加熱區。
第一加熱元件及第二加熱元件可為個別可控的，因為第一加熱區的第一溫度及第二加熱區的第二溫度為個別可調整的。
例如，第一加熱元件可經控制以提供第一溫度，同時例如個別地且獨立於第一加熱元件，第二加熱元件可經控制以提供第二溫度，其中第一溫度可不同於第二溫度。或者，第一溫度可經控制為與第二溫度相同。在這種情況下，第一加熱區可被視為由第二加熱區擴大，例如在基板輸送方向上對於基板而言在空間上更長，此係因為溫度是相同的。在這種情況下，基板暴露於這種溫度的時間會更長。
提供具有不同溫度的第一及第二加熱區可允許接受基板溫度在第一加熱區與第二加熱區之間，尤其在第一溫度與第二溫度之間的無縫溫度轉變。如此，基板的溫度可在基板經輸送至沉積區域之前（例如，進入之前）及/或輸送出蒸發源組件的沉積區域之後（例如，離開之後）平滑、均勻、緩慢或逐漸升高。
例如，在進入第一加熱組件的第一加熱區域之前，若在RT至-20℃或更低的範圍內主動冷卻，則基板可具有例如20℃（室溫(room temperature, RT)）或更低的初始基板溫度。基板在進入沉積區域時（以及在其上開始材料沉積時）可具有的溫度可為例如70℃至160℃。
在輸送通過第一加熱區之後，基板可具有例如30℃至50℃的溫度。隨後，基板可經進一步輸送通過具有例如70℃至120℃之第二溫度的第二加熱區。在進入第二加熱區時，基板將暴露於第二溫度，這導致基板的第二加熱。
由於基板溫度與第一加熱區的第一溫度之間的溫差小於基板溫度與第二加熱區的第二溫度之間的溫差，因此基板的溫度轉變將為平滑的或無縫的，亦即避免突然的溫度變化。因此，基板的溫度可逐漸、依次或漸進升高，由此避免、最小化或至少減少皺褶的形成。
如第圖1所示，第一加熱區域直接鄰近蒸發源組件的沉積區域。
貫穿本揭示案使用的術語「直接鄰近」可理解為加熱組件的加熱區域直接位於蒸發源組件的沉積區域旁邊。在基板輸送方向上，這包括空間上位於沉積區域之前的空間或區域以及空間上位於沉積區域之後的空間或區域。
貫穿本揭示案使用的術語「過渡區域」可理解為沉積區域與加熱區域之間的空間或區域。在基板輸送方向D上，此為基板離開第一加熱區域之後及進入沉積區域之前的區域，以及基板離開沉積區域之後及進入第二加熱區域之前的區域。過渡區域170在空間上位於沉積區域之前或之後。在過渡區域內，基板既不能在其上接受材料沉積亦不能暴露於熱。如上所述，加熱區域直接鄰近加熱區域，亦即過渡區域可具有最小或小的距離或長度，以防止基板冷卻。例如，當過渡區域長於或等於1 cm時，基板可能去加熱區域提供的溫度。根據可與本文所述的其他實施例組合的一些實施例，過渡區域可為1 cm或更小，從而在加熱區域與沉積區域之間產生無縫的溫度轉變。
若加熱區域在空間上位於沉積區域之前，則基板的過渡區域可為最小的，使得基板進入沉積區域之前的溫度為加熱區域之後提供之溫度的至少50%，作為塗覆區域的研究狀態溫度。藉由提供直接鄰近沉積區域的加熱區域，在過渡區域中損失50%或更少（諸如20%或更少）的溫度。
若加熱區域在空間上位於沉積區域之後，則基板的過渡區域可為最小的，使得基板進入加熱區域之前的溫度為離開沉積區域之後之溫度的至少50%。藉由提供直接鄰近沉積區域的加熱區域，在過渡區域中損失50%或更少（諸如20%或更少）的溫度。
特定言之，加熱區域與沉積區域之間的過渡區域可為例如小於1 cm，特定言之小於0.5 cm，以便加熱區域及沉積區域直接相鄰。
此外，蒸發源組件可包括至少一個溫控罩112。溫控罩可設置在蒸發源或蒸發源組件處。特定言之，一或多個溫控罩可設置在蒸發源處。溫控罩112可為可加熱的，使得當溫控罩112經加熱至操作溫度，例如在一些實施例中500℃或更高的操作溫度時，可減少或防止溫控罩112上的蒸汽冷凝。
根據本揭示案的實施例，溫控罩沿輸送方向的寬度比蒸發源的相應寬度至少大10%，特定言之至少大20%。因此，材料沉積不限於輸送方向上蒸發源的區域。將材料羽流限制在蒸發源的區域可能會導致基板溫度突然升高，這可能會導致基板（例如薄箔或卷材）起皺及翹曲。因此，允許來自蒸發源的材料羽流向蒸發區的側面擴散以具有預加熱區及/或後期冷卻區。由於溫度升高與沉積材料的量直接相關，因此加熱罩的延伸形狀會導致入口處的沉積速率低。沉積速率增加，例如在蒸發源的主體處連續增加至最大沉積速率。如本文所述，熱負載主要由冷凝能量提供。因此，卷材或箔的溫度分佈與沉積速率成比例。因此，溫度分佈增加類似於沉積速率的上述分佈。
根據可與本文所述的任何其他實施例組合的實施例，溫控罩可包括導熱材料。溫控罩可包括適合於接觸加熱或冷卻的材料。例如，溫控罩可由金屬材料製成，例如不銹鋼、Mo、Ta、W、銦鋼或其他高溫材料或高溫金屬。例如，亦可提供AlN作為良好的導熱陶瓷。
根據可與本文所述的任何其他實施例組合的實施例，一或多個溫控罩可設置在蒸發源或蒸發源組件的第一及第二端。特定言之，第一溫控罩可設置在蒸發源的第一端，且第二溫控罩可設置在蒸發源組件的第二端。或者，第一及第二溫控罩可作為單個結構提供，此結構在蒸發源組件的第一端及蒸發源組件的第二端上提供屏蔽。因此，可使用至少一個溫控罩。附加地或替代地，溫控罩的第一部分可設置在蒸發源組件的第一端且溫控罩的第二部分可設置在蒸發源組件的第二端。如前所述，當僅提供一個蒸發源時，亦即諸如在第1圖的實例中，術語蒸發源組件及蒸發源可互換使用。
溫控罩112不接觸基板輸送裝置120，使得支撐在基板輸送裝置120上的基板可在材料沉積期間移動通過蒸發源110且通過溫控罩112。溫控罩112可僅在溫控罩112與基板輸送裝置120之間留下小間隙，例如5 mm或更小、3 mm或更小、2mm或更小，或者甚至約1 mm的間隙，使得幾乎沒有任何蒸汽可例如橫向傳播通過溫控罩。
根據可與本文所述的任何其他實施例組合的實施例，溫控罩可沿圓周方向或基板輸送方向D延伸。溫控罩可包括沿基板輸送裝置120之軸的寬度尺寸及沿不同於基板輸送裝置120之軸之方向（亦即圓周方向或基板輸送方向D）的長度尺寸。
根據可與本文所述的任何其他實施例組合的實施例，溫控罩可自蒸發源組件向外延伸，特定言之徑向或橫向遠離蒸發源組件延伸。在下文中，這種溫控罩亦可被稱為「細長罩」。例如，溫控罩可包括徑向遠離蒸發源或自蒸發源向外延伸的筆直部分113。溫控罩或筆直部分可自蒸發源引向基板122。至少一個溫控罩或筆直部分113可定界朝向基板的沉積區域。
溫控罩112可為彎曲的或可包括彎曲部分或彎曲端111。彎曲部分可相對於筆直部分113彎曲。彎曲端111可進一步定界蒸發源與基板之間的沉積區域。彎曲部分或彎曲端可朝向基板傾斜，亦即與筆直部分相比，彎曲端可更靠近基板。換言之，筆直部分可比彎曲端具有更大的距基板的距離。
材料沉積設備可包括蒸發源110與基板輸送裝置120之間的沉積區域。沉積區域可理解為將待沉積材料提供至基板的區域。沉積區域可填充有待自蒸發源沉積的材料，且可由一或多個溫控罩側向限制，例如，以提供均勻的材料沉積。例如，至少一個溫控罩可將蒸發源的沉積區域定界在材料沉積至基板上開始之沉積區域的起點與材料沉積至基板上結束之沉積區域的終點之間。換言之，至少一個溫控罩限定起點與終點之間之沉積區域的邊界，在此沉積區域中發生材料沉積至基板上。
在第1圖的實例中，第一加熱組件沿基板輸送方向(D)安置，使得由第一加熱組件提供的第一加熱區域直接鄰近蒸發源組件的沉積區域。在第1圖中，加熱區域直接鄰近沉積區域的右側。
特定言之，第一加熱區域可直接鄰近由至少一個溫控罩限定之沉積區域的起點，使得當離開第一加熱區域時基板直接進入起點處的沉積區域。術語「直接進入」可理解為在第一加熱區域與沉積區域之間，亦即在第一加熱區域與發生材料沉積至基板上的起點之間，為基板提供無縫過渡。「無縫過渡」可理解為基板經輸送從而避免基板的突然溫度變化，亦即基板在沉積區域與第一加熱區域之間實質上不冷卻。
與此項技術中的習知罩相比，一或多個溫控罩可為細長的。特定言之，筆直部分113可為細長的。細長的溫控罩可理解為覆蓋或包圍基板之大表面積的罩，從而與此項技術中的短罩或側壁相比提供更大的沉積區域，例如以90°的角度自沉積源朝向基板延伸的罩。因此，一或多個溫控罩可佈置在蒸發源組件之第一端或第二端中的至少一者處且可向外朝向基板輸送裝置延伸且可經配置為擴大沉積區域，尤其與以90°的角度朝向基板延伸的筆直罩相比如此。
如第1圖的實例中所示的第一加熱組件可經配置用於對基板進行預加熱或用於對基板進行後期加熱。
術語「預加熱」可理解為在蒸發源組件之沉積區域的起點之前在基板輸送方向(D)的方向上（空間上）對基板的加熱。術語「後期加熱」可理解為（空間上）在蒸發源組件之沉積區域的終點之後在基板輸送方向(D)的方向上對基板的加熱。如上所述，可在一或多個加熱組件中進行預加熱及/或後期加熱。
如第1圖的實例中所示，材料沉積設備包括沿基板輸送方向(D)安置的第二加熱組件160。第二加熱組件經配置為提供用於加熱基板的第二加熱區域。一般而言，第二加熱組件以與第一加熱組件相同的方式構造，且第二加熱區域可以與第一加熱區域相同的方式形成或提供。可類似地為第二加熱組件提供關於第一加熱組件描述的細節、特徵及實施例。
第一加熱組件及第二加熱組件可安置在蒸發源組件的相對側。與第一加熱組件類似，第二加熱組件可直接鄰近蒸發源組件的沉積區域，例如，與第一加熱組件相對或在第一加熱組件的相對側上。第1圖中的蒸發源組件可沿基板輸送方向(D)安置在第一加熱組件與第二加熱組件之間，使得第一加熱區域直接鄰近沉積區域（如第1圖中所示，在沉積區域的右側），且使得第二加熱區域直接鄰近沉積區域，與第一加熱區域相對（如第1圖中所示，在沉積區域的左側上）。
如第1圖中所示，第二加熱組件直接鄰近由至少一個溫控罩限定之沉積區域的終點，使得基板在離開蒸發源組件的沉積區域時直接進入第二加熱區域。
如第1圖的實例中所示，第二加熱組件經配置用於對基板進行後期加熱，亦即用於在基板離開蒸發源組件的沉積區域之後提供加熱區域。第二加熱組件（空間上）在蒸發源組件的沉積區域之後在基板輸送方向(D)的方向上為基板提供第二加熱區域。第二加熱區域可被視為基板的後期加熱區域，用於在基板離開蒸發源組件之沉積區域的終點後對基板進行後期加熱。第二加熱組件可減少沉積區域之後的突然溫度下降。在材料沉積至基板上之後，基板的溫度可平滑、均勻、緩慢或逐漸降低。
根據可與本文所述的任何其他實施例組合且例示性地參考第2A圖的實施例，材料沉積設備200可包括蒸發源組件，此蒸發源組件可包括至少兩個蒸發源。至少兩個蒸發源可相對於第2A圖中箭頭D所示的基板輸送方向排列。至少兩個蒸發源可相對於基板輸送方向D成列提供，例如，依次彼此相鄰或緊隨其後。至少兩個蒸發源可為如本文所述的蒸發源，例如，如第1圖的實例中所述。
例如，蒸發源組件可包括具有用於將材料沉積至基板上之第一沉積區域的第一蒸發源110及具有用於將材料沉積至基板上之第二沉積區域的第二蒸發源110。
至少兩個蒸發源110（亦即第一及第二蒸發源）可各包括界定起點與終點之間之第一及第二沉積區域的至少一個溫控罩。此外，第一及第二蒸發源各可包括兩個不對稱溫控罩或可具有兩個部分彼此不對稱的不對稱溫控罩。本文使用的術語「不對稱」可理解為兩個溫控罩或溫控罩的部分可在形狀及尺寸上不同。此外，可理解的為，兩個不對稱罩或兩個部分可具有不同的長度，且兩個不對稱罩或兩個部分可在不同的方向上延伸，同時兩者均朝向基板延伸。不對稱溫控罩可包括佈置在至少兩個蒸發源中之每一者之相對側的第一不對稱溫控罩214及第二不對稱溫控罩216。第一不對稱溫控罩214可為筆直罩，亦即第一溫控罩可不包括彎曲端。第一不對稱溫控罩214可自每個蒸發源向外延伸，亦即第一不對稱溫控罩214可佈置在至少兩個蒸發源中之一者的第一端及至少兩個蒸發源中之另一者的第二端或反之亦然，且一個及另一個蒸發源可彼此相鄰佈置。
第二不對稱溫控罩216可包括筆直部分及彎曲端。彎曲端可遠離基板或朝向另一個罩彎曲。提供相鄰蒸發源之第二不對稱溫控罩216之間的沉積區域。第二不對稱溫控罩216可自每個蒸發源向內延伸，亦即第二不對稱溫控罩216可佈置在至少兩個蒸發源中之一者的第二端及至少兩個蒸發源中之另一者的第一端或反之亦然，且可朝向彼此延伸。特定言之，彎曲端可朝向彼此彎曲，亦即各自的筆直部分可導向基板且各自的彎曲端可視情況遠離基板。例如，彎曲端可相對於第二不對稱溫控罩的筆直部分彎曲一個角度。
在第2A圖的實例中，第一蒸發源的第一沉積區域及第二蒸發源的第二沉積區域中的每一者可由佈置在第一及第二蒸發源中之每一者之相對側的第一不對稱溫控罩214及第二不對稱溫控罩216定界。
有利地，在至少兩個蒸發源之間之如上所述的這種開放式罩設計允許真空泵送但可防止待沉積材料的雜散塗覆。進一步有利地，不對稱罩佈置，尤其如上所述之兩個第二不對稱溫控罩的佈置，防止在沒有發生主動顆粒沉積之兩個蒸發源之間的基板過度冷卻。因此，由蒸發材料帶入材料沉積設備的溫度可更均勻地分配，在兩個蒸發源之間亦可更均勻地分配，使得可有效防止或避免基板（其可為例如箔）中的皺褶。換言之，兩個蒸發源之間的介面（其中由於不存在材料顆粒或存在較少的材料顆粒，通常基板會經冷卻）可橋接以實現均勻的塗層，而不會由兩個蒸發源之間的快速溫度變化引起對基板的損壞。
應當理解，蒸發源組件亦可由超過兩個蒸發源形成，此些蒸發源可沿基板輸送方向並排，且在每個蒸發源之間可提供開放式罩設計，亦即具有兩個彼此相對之彎曲罩的不對稱罩設計。當兩個蒸發源並排時，可提供擴大的沉積區域，因為不對稱溫控罩214可限定第一蒸發源之第一沉積區域的起點，且第二蒸發源的不對稱溫控罩214可限定第二蒸發源之第二沉積區域的終點。第一加熱區域可直接鄰近第一蒸發源之第一沉積區域的起點（例如在第2A圖所示的右側），且第二加熱區域可直接鄰近第二蒸發源之第二沉積區域的終點（例如在第2A圖所示的左側）。第一加熱區域及第二加熱區域可設置在蒸發源組件的相對側，包括第一蒸發源及第二蒸發源。
如上所述，第2A圖之實例中的材料沉積設備包括第一加熱組件及第二加熱組件。第一加熱組件及第二加熱組件可設置在蒸發源組件的相對側上。根據可與本文所述的其他實施例組合的一些實施例，附加地或替代地，加熱組件亦可在第一蒸發源與第二蒸發源之間設置，例如以減少第一沉積區域與第二蒸發區域之間的過渡區域，而基板無熱負載。
亦即，第一加熱組件及第二加熱組件可設置在第一蒸發源的相對側上，使得由第一加熱組件提供的第一加熱區域直接鄰近第一蒸發源的沉積區域，使得基板在進入第一蒸發源的沉積區域之前經輸送通過第一加熱區域，亦即第一加熱區域可為基板的預加熱區域。另外的加熱組件可與第一加熱組件相對設置，使得由第二加熱組件提供的第二加熱區域直接鄰近第一蒸發源的沉積區域，使得基板在離開第一蒸發源的沉積區域之後經輸送通過第二加熱區域，亦即第二加熱區域可為基板的後期加熱區域。
第二加熱組件可與另外的加熱組件相對設置，使得由第二加熱組件提供的第二加熱區域直接鄰近第二蒸發源的沉積區域，使得基板在離開第二蒸發源的沉積區域之後經輸送通過第二加熱區域，亦即第二加熱區域可為基板的後期加熱區域。
提供第一及第二加熱組件（或甚至更多）用於對基板進行預加熱及後期加熱的有益效果可在第2B圖的圖中例示性地看到。第2B圖示出兩條溫度曲線，其中x軸為以秒為單位的時間且y軸為以℃為單位之基板處的溫度。線234示出具有蒸發源組件之材料沉積設備的溫度分佈，此蒸發源組件包括在基板輸送方向上並排的兩個蒸發源，而沒有在蒸發源組件的相對側上設置用於對基板進行預加熱及用於對基板進行後期處理的加熱組件，且蒸發源之間的溫控罩在各源之間沒有「開放」。實線232示出在基板輸送方向上排列之兩個蒸發源的溫度分佈，其中兩個加熱組件設置在蒸發源組件的相對側上，直接鄰近蒸發源組件的沉積區域。因此，在到達第一平台之前，基板可被視為在空間上位於第一加熱區域，亦即在第2A圖中所示之右側蒸發源的右側。由於基板的質量低，當在基板進入沉積區域之前直接鄰近蒸發源組件的沉積區域及在沉積區域之後直接鄰近蒸發源組件的沉積區域不設置加熱區域時，基板處的溫度以易變的方式升高。當基板進入沉積區域時及在基板通過蒸發源組件的沉積區域之後，溫度可能會下降得極快。
相比之下，對於具有設置在直接鄰近沉積區域之相對側上之第一加熱組件及第二加熱組件的蒸發源組件，基板的溫度緩慢、逐漸或漸進升高及/或保持在中等位準。在進入沉積區域之前及在離開蒸發源組件的沉積區域之後，尤其在上述過渡區域內，提供基板的無縫溫度轉變。
因此，可將基板處的溫度保持得更恆定且處於中等位準。因此，可避免或防止對基板的熱相關損壞。此外，可減少隨時間的溫度變化，這減少或防止了基板的皺褶或翹曲。
根據可與本文所述的任何其他實施例組合的實施例，提供了一種用於將材料沉積至基板上的方法。在操作302處，在基板輸送裝置上沿基板輸送方向D輸送基板，基板具有第一溫度。例如，初始基板溫度可在RT或更低的範圍內，諸如低至-20℃或甚至更低。在操作304處，在第一加熱區域至少一第一加熱組件將基板加熱至第二溫度。第二溫度可在70-160℃的範圍內。第一加熱區域直接鄰近蒸發源組件的沉積區域。在操作306處，在蒸發源組件的沉積區域處將材料沉積至基板上。將基板加熱至第二溫度可包括個別控制第一加熱組件的第一加熱元件以提供具有第一溫度的第一加熱區，個別控制第一加熱組件的第二加熱元件以提供具有第二溫度的第二加熱區，其中第一溫度不同於第二溫度，且藉由將第一溫度及第二溫度依次施加至基板而逐漸將基板加熱至第二溫度。
此方法可進一步包括使第一加熱區域直接鄰近蒸發源組件的沉積區域，使得基板在離開第一加熱區域時直接進入沉積區域。
此方法可進一步包括將第一加熱區域與沉積區域之間之基板的溫度保持為第一溫度或第二溫度的至少50%。
此方法可進一步包括在第二加熱區域由第二加熱組件將基板加熱至第三溫度，第二加熱區域直接鄰近蒸發源組件的沉積區域，與第一加熱區域相對。
將基板加熱至第三溫度可包括個別控制第二加熱組件的第一加熱元件以提供具有第一溫度的第一加熱區，個別控制第二加熱組件的第二加熱元件以提供具有第二溫度的第二加熱區，其中第一溫度不同於第二溫度，且藉由將第一溫度及第二溫度依次施加至基板而逐漸將基板加熱至第三溫度。
此外，此方法可包括使第二加熱區域直接鄰近蒸發源組件的沉積區域，使得基板在離開沉積區域時直接進入第二加熱區域。此方法可進一步包括將沉積區域與第二加熱區域之間之基板的溫度保持為第一溫度或第二溫度的至少50%。
雖然前述內容係關於本揭示案的實施例，但在不脫離其基本範疇的情況下可設計本揭示案之其他及進一步的實施例，且其範疇由所附發明申請專利範圍確定。
10:基板 100:材料沉積設備 105:真空腔室 110:蒸發源 111:彎曲部分/彎曲端 112:溫控罩 113:筆直部分 119:表面 120:基板輸送裝置 122:基板 150:第一加熱組件 152:第一加熱元件 154:第二加熱元件 160:第二加熱組件 170:過渡區域 214:第一不對稱溫控罩 216:第二不對稱溫控罩 232:實線 234:線 302:操作 304:操作 306:操作 A:軸/第一加熱區 B:第二加熱區 D:方向/箭頭
為了能夠詳細理解本揭示案的上述特徵，可藉由參考實施例對以上簡要概述的本揭示案進行更具體的描述。隨附圖式係關於本揭示案的實施例，且描述如下： 第1圖示出根據本文所述之實施例之材料沉積設備的示意圖； 第2A圖示出根據本文所述之實施例之材料沉積設備的示意圖； 第2B圖示出根據本文所述之實施例之基板處的溫度分佈； 第3圖示出根據本文所述之實施例之方法的流程圖。
國內寄存資訊(請依寄存機構、日期、號碼順序註記) 無 國外寄存資訊(請依寄存國家、機構、日期、號碼順序註記) 無
100:材料沉積設備
105:真空腔室
110:蒸發源
111:彎曲部分/彎曲端
112:溫控罩
113:筆直部分
119:表面
120:基板輸送裝置
122:基板
150:第一加熱組件
152:第一加熱元件
154:第二加熱元件
160:第二加熱組件
170:過渡區域
A:軸/第一加熱區
B:第二加熱區
D:方向

Claims (19)

  1. 一種用於將一蒸發材料沉積至一基板上的材料沉積設備，該材料沉積設備包含： 一基板輸送裝置，其經配置為沿一基板輸送方向輸送該基板； 一蒸發源組件，其沿該基板輸送方向安置，以將該蒸發材料提供至該基板，該蒸發源組件具有一沉積區域；以及 至少一第一加熱組件，其沿該基板輸送方向安置，該第一加熱組件經配置為提供用於加熱該基板的一第一加熱區域，該第一加熱區域直接鄰近該蒸發源組件的該沉積區域。
  2. 如請求項1所述之材料沉積設備，其中該蒸發源組件進一步包含： 至少一個溫控罩，其佈置於該蒸發源組件處，該至少一個溫控罩自該蒸發源組件向外且朝向該基板延伸，該至少一個溫控罩將該蒸發源組件的該沉積區域定界於該沉積區域的一起點與該沉積區域的一終點之間。
  3. 如請求項2所述之材料沉積設備，其中該第一加熱區域直接鄰近由該至少一個溫控罩界定之該沉積區域的該起點。
  4. 如請求項1所述之材料沉積設備，該第一加熱組件包含： 一第一加熱元件，其經配置為提供具有一第一溫度的一第一加熱區；以及 一第二加熱元件，其經配置為提供具有一第二溫度的一第二加熱區，該第一溫度不同於該第二溫度， 該第一加熱元件及該第二加熱元件為個別可控的。
  5. 如請求項1所述之材料沉積設備，其中該第一加熱組件經配置為對該基板進行預加熱。
  6. 如請求項1至5中任一項所述之材料沉積設備，其進一步包含： 至少一第二加熱組件，其沿該基板輸送方向安置，該第二加熱組件經配置為提供用於加熱該基板之直接鄰近該沉積區域之一終點的一第二加熱區域。
  7. 如請求項6所述之材料沉積設備，該第二加熱組件包含： 一第一加熱元件，其經配置為提供具有一第一溫度的一第一加熱區；以及 一第二加熱元件，其經配置為提供具有一第二溫度的一第二加熱區，該第一溫度不同於該第二溫度， 該第一加熱元件及該第二加熱元件為個別可控的。
  8. 如請求項7所述之材料沉積設備，其中該第二加熱組件經配置為對該基板進行後期加熱。
  9. 如請求項1至5中任一項所述之材料沉積設備，其中該沉積區域的該起點與該第一加熱區域之間的一距離小於1 cm。
  10. 如請求項6所述之材料沉積設備，其中該沉積區域的該終點與該第二加熱區域之間的一距離小於1 cm。
  11. 如請求項1至5中任一項所述之材料沉積設備，該蒸發源組件包含 一第一蒸發源，其具有用於將材料沉積至該基板上的一第一沉積區域；以及一第二蒸發源，其具有用於將材料沉積至該基板上的一第二沉積區域。
  12. 如請求項11所述之材料沉積設備，其中該第一加熱組件及該第二加熱組件沿該基板輸送方向設置在該第一及該第二蒸發源中之至少一者的對側上。
  13. 一種用於將一蒸發材料沉積至一基板上的方法，該方法包含以下步驟： 一基板輸送裝置上沿一基板輸送方向輸送該基板，該基板具有一第一溫度 在一第一加熱區域將該基板加熱至一第二溫度，該第一加熱區域直接鄰近一蒸發源組件的一沉積區域；以及 在該蒸發源組件的該沉積區域將材料沉積至該基板上。
  14. 如請求項13所述之用於將一蒸發材料沉積至一基板上的方法，其進一步包含以下步驟： 離開該第一加熱區域時，將該基板直接導引至該沉積區域中。
  15. 如請求項13至14中任一項所述之用於將一蒸發材料沉積至一基板上的方法，其進一步包含以下步驟： 將該第一加熱區域與該沉積區域之間的該基板的一溫度保持為該第一溫度或該第二溫度的至少50%。
  16. 如請求項13至14中任一項所述之用於將一蒸發材料沉積至一基板上的方法，其中將該基板加熱至該第二溫度之步驟包含以下步驟： 個別控制該第一加熱組件的一第一加熱元件以提供具有一第一溫度的一第一加熱區， 個別控制該第一加熱組件的一第二加熱元件以提供具有不同於該第一溫度之一第二溫度的一第二加熱區。
  17. 如請求項13至14中任一項所述之用於將一蒸發材料沉積至一基板上的方法，其進一步包含以下步驟： 由一第二加熱組件在一第二加熱區域將該基板加熱至一第三溫度，該第二加熱區域直接鄰近該蒸發源組件的該沉積區域，與該第一加熱區域相對。
  18. 如請求項17所述之用於將一蒸發材料沉積至一基板上的方法，其進一步包含以下步驟： 離開該沉積區域時，將該基板直接導引至該第二加熱區域中。
  19. 如請求項18所述之用於將一蒸發材料沉積至一基板上的方法，其進一步包含以下步驟： 將該沉積區域與該第二加熱區域之間的該基板的一溫度保持為該第二溫度或該第三溫度的至少50%。
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